Обоснование технологического процесса предпосевной обработки почвы и конструктивно-технологических параметров комбинированного агрега

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 - Зависимость критического расстояния между дисками и чизельными лапами от скорости движения агрегата

 

Таким образом, в результате теоретических исследований определены следующие рациональные  конструктивные параметры разработанного агрегата:

диаметр диска D = 510 мм, радиус кривизны R = 600-612 мм,  толщина диска δ = 5мм, угол заострения ί = 15°, угол атаки α = 25-35°, угол наклона β = 11-15°,  минимальное расстояния между дисками вдоль оси b ≥ 225 мм и минимальное расстояние между дисками и чизельными лапами ℓ_кр = 0,46 м.

На основании полученных теоретических  параметров изготовлен экспериментальный образец для проведения полевых исследований с целью определения его работоспособности и уточнения результатов  теоретических исследований.

В четвертой главе «Программа и методика лабораторно-полевых экспериментальных исследований комбинированного агрегата» изложены программа, общая и частные методики экспериментальных исследований с характеристикой оборудования, используемого в лабораторно-полевых исследованиях; приводится описание места и объекта исследования, приведены условия проведения полевых опытов.

Программой предусматривалось  проведение лабораторно-полевых исследований по  выявлению и оценке комплексного влияния геометрических и конструктивных параметров дисков на значения качественных показателей и энергоемкости обработки почвы, а также уточнению параметров диска в зависимости от показателей качества при минимальных энергозатратах.

Лабораторно-полевые исследования проводили в 2007 г. в Судане на территории зоны «Джазира» – на испытательной станции «Масахад». 

Исследования агрегата проводили на  легкоглинистых почвах по плану многофакторного эксперимента типа 2³. В качестве переменных факторов X приняты три: угол атаки α; угол наклона β, расстояние между дисками ℓ. В качестве функций откликаY выбраны шесть показателей:  степень крошения почвы К; высота гребней на дне борозды h; глубина обработки а; гребнистость поверхности поля H; подрезание сорняков и пожнивных остатков П; тяговое сопротивление диска R. Результаты исследований обработаны методом регрессионного анализа с использованием программ Miсrosoft Excel, StatGraphicsPlus. Достоверность результатов оценивали по F-критерию Фишера.

В пятой главе «Результаты и анализ лабораторно-полевых экспериментальных исследований разработанного агрегата» представлены результаты и анализ полевых экспериментальных исследований, дана экономическая оценка разработанного орудия.

В результате экспериментов получены уравнения регрессии зависимости следующих показателей качества и энергоемкости обработки почв от угла атаки α, угла наклона β и осевого расстояния между дисками ℓ.

 

•   Для степени крошения почвы K, %:

   K = 84,86 + 0,60175 α + 1,435625 β – 1,660625 ℓ                   (8)

Анализ графиков (рис. 7), построенных  по   уравнению  регрессии   (8), показывает, что содержание почвенных комков размером до 25 мм возрастает при увеличении    углов     атаки    и    наклона дисков. При увеличении расстояния между дисками крошение почвы снижается (на 8%).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 - Поверхности отклика степени крошения почвы K:

а) - поверхность отклика K = f(α , β); б) - поверхность отклика K = f(α , ℓ);

 в) - поверхность отклика K = f(β ,ℓ)

•   Для высоты гребней на дне борозды h, мм:

        h = – 24,4688 – 0,59375 α – 0,79675 β + 3,890625 ℓ          (9)

Анализ уравнения регрессии (9) и ее  графиков (рис. 8) показывает, что высота гребней на дне борозды снижается при увеличении углов атаки   и наклона и возрастает при увеличении расстояния между дисками.

 

 

                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 - Поверхности отклика высоты гребней на дне борозды h:

а) - поверхность отклика h = f(α , β); б) - поверхность отклика h = f(α ,ℓ);                            в) - поверхность отклика h = f(β ,ℓ)

 

•   Для высоты гребней на поверхности поля H, мм:

H = – 31,085 – 0,7095 α + 0,77375 β + 4,02375 ℓ                  (10)

Анализ графиков (рис.9), построенных по уравнению (10), показывает, что гребнистость поверхности поля снижается при увеличении угла атаки и возрастает при увеличении угла наклона и расстояния между дисками.  

 

• Для подрезания сорных растений  П, %:

                 П = 162,4063 + 0,44375α – 3,95312 ℓ                          (11)

Следует, отметить, что графика (рис.10), построенного по уравнению (11), показывает, что доля подрезанных сорных растений  возрастает  при увеличении угла атаки и снижается при увеличении расстояния между дисками. Угол наклона оказался незначимым.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9 - Поверхности отклика высоты гребней на поверхности поля H:

а) - поверхность отклика H = f(α , β);    б) - поверхность отклика

H = f(α ,ℓ);  в) - поверхность отклика H = f(β ,ℓ)

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10 – Поверхность отклика подрезанных сорных растений П

 

• Для тягового сопротивления диска R, H:

                   R = – 1989,58 + 97,91667 α                                      (12)

Анализ уравнения (12) показывает, что тяговое сопротивление диска  значительно возрастает при увеличении угла атаки. Угол наклона и расстояние между дисками оказались незначимыми в определяемом диапазоне.

•   Для глубины обработки почвы a, см:

                  a = 10,705 + 0,21475 α                                               (13)

Анализ уравнения (13) показывает, что глубина обработки почвы  возрастает при увеличении угла атаки  диска, что  объясняется уменьшением  вертикальной составляющей силы при  увеличении угла атаки и снижением  гребнистости дна борозды в определяемом диапазоне. Угол наклона и расстояние между дисками оказались незначимыми. 

Из представленных результатов  исследований  следует, что сочетание углов α=35°, β=15° и расстояния между дисками ℓ=23 см обеспечивает наилучшие показатели предпосевной обработки почвы: крошение почвы – 89 %, высота гребней – 32 мм, глубина обработки – 15 см, гребнистость поля – 48 мм, подрезанние сорняков – 87%, при этом сопротивление диска равно 1,4 кН. Однако установлено, что   сочетание α = 30°, β = 15° и ℓ = 23 см   обеспечивает удовлетворительные показатели обработки почвы при минимальном сопротивлении диска (R=948 Н). При этом  глубина обработки составляет 15см, крошение почвы – 86%, подрезанние сорняков – 85%, высота гребней – 35 мм, гребнистость поля – 52 мм.

Таким образом, в результате теоретических и экспериментальных исследований определены рациональные конструктивные параметры разработанного агрегата для обработки орошаемых почв Судана (таблица).

Разработанный агрегат  позволяет получить годовой экономический  эффект благодаря повышению  урожайности в сумме 38,5 тыс. рублей на производство одного гектара сорго и 60,5 тыс. рублей на производство одного гектара хлопка-сырца в ценах 2008г. Внедрение разработанного агрегата планируется в зоне «Джазира» Республики Судан.

 

Таблица - Рациональные параметры разработанного агрегата

Параметры сферического гладкого диска	Обозначение	Значение
Диаметр диска, мм	D	510
Радиус кривизны диска, мм	R	510-612
Угол заострения диска, град.	ί	15
Толщина диска, мм	δ	5
Угол атаки диска, град.	α	30-35
Угол наклона диска, град.	β	11-15
Расстояние между дисками, мм	ℓ	230
Расстояние между дисками и лапами, мм	ℓпрод.	не менее 460

 

Общие выводы

1. Климат Судана характеризуется высокой средней годовой температурой (25–30 °С) и низкой влажностью воздуха (25–45%),  неустойчивыми осадками (75–1500мм в год) и высокими темпами испарения влаги (до 1000мм в год), что оказывает существенное влияние на состояние тяжелых по механическому составу пахотных земель и возделываемых с-х. культур.

Важнейшая отрасль сельского хозяйства Судана – орошаемое земледелие. Установлено, что низкая урожайность возделываемых культур в орошаемых зонах (хлопка-сырца – 1,673 т/га, сорго – 2,292, арахиса – 1,872, пшеницы – 1,911 т/га) обусловлена неэффективной  системой подготовки почвы. Используемые в настоящее время однооперационные орудия  не удовлетворяют научно-обоснованным требованиям обработки орошаемых почв Судана.

2. Установлено, что для качественного  выполнения предпосевной обработки орошаемых почв Судана необходимо: рыхление почвы до глубины 20-25 см; обеспечение размерных фракций почвенных комочков не более 25 мм  на глубине до 15 см; подрезание всех видов сорняков и заделывание их вглубь почвы; измельчение растительных остатков на фракции размером не более 15 см; выравнивание поверхностного слоя почвы (гребнистость не более 5,0 см).
3. Необходимые требования к предпосевной обработке орошаемых почв Судана   целесообразно обеспечить сплошным рыхлением пахотного слоя почвы до глубины 20-25см с одновременным крошением, перемешиванием и выравниванием поверхностного слоя почвы до глубины 10-15 см.

          Обосновано, что наиболее эффективными и перспективными для этой цели являются комбинированные агрегаты в составе чизельных и дисковых рабочих органов.

4. Анализ существующих конструкций дисковых рабочих органов показывает, что наиболее эффективны для выполнения предложенных операций сферические диски с гладкими режущими кромками, цельными рабочими поверхностями и с наружной заточкой.
5. В результате теоретических исследований обоснованы рациональные геометрические параметры дисков и конструктивные (установочные) параметры разработанного агрегата: диаметр диска D = 510мм, радиус сферы диска R = 600-612мм, толщина диска δ = 5мм, угол заострения ί =15°, угол атаки диска α = 25-35°, угол наклона диска β = 11-15°, минимальное расстояние между дисками вдоль геометрической оси b ≥ 225мм, минимальное продольное расстояние между дисками и чизельными лапами ℓ_кр = 0,46м.
6. В результате лабораторно-полевых исследований уточнены конструктивные  параметры агрегата, а также установлено, что: степень крошения почвы возрастает (от 86% до 89,0%) при увеличении углов атаки (от 30 до 35°) и наклона дисков (от 11 до 15°), причем изменение расстояния между дисками от 210 до 250мм не влияло на степень крошения; высота гребней на дне борозды снижается (до 24,2 мм) при увеличении углов атаки и наклона дисков и возрастает (до 35,0 мм) при увеличении расстояния между дисками; высота гребней на поверхности поля снижается (до 37,5мм) при увеличении угла атаки и возрастает (до 52,0мм) при увеличении угла наклона и расстояния между дисками; доля подрезанных сорных растений возрастает (до 87%) при увеличении угла атаки и снижается при увеличении расстояния между дисками; тяговое спротивление диска значительно возрастает (от 948 до 1438Н) при увеличении угла атаки.
7. Для существующих почвенных условий проекта «Джазира» (содержание глины с размером частиц <0,01мм 65-80%, плотность почвы 1,66 г/см³, абсолютная влажность 12%) рекомендованы установочные параметры дисков, обеспечивающие удовлетворительные агротехнические показатели при минимальном тяговом сопротивлении орудия (7,5 кН): угол атаки диска 35°, угол наклона диска 15°, расстояние между дисками 230 мм, расстояние между дисками и последним рядом чизельных лап – 460мм.
8. Годовой экономический эффект   от   использования  разработанного агрегата на предпосевной обработке орошаемых почв Судана составляет 38,5 тыс. руб. на производстве одного гектара сорго и 60,5 тыс. руб. на производстве одного гектара хлопка-сырца.

 

Основное  содержание диссертации опубликовано в следующих работах: